CN115712240B

CN115712240B - 大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方法、设备及介质

Info

Publication number: CN115712240B
Application number: CN202211326838.0A
Authority: CN
Inventors: 鱼小军; 罗世彬; 廖宇新; 王忠森
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2022-10-27
Filing date: 2022-10-27
Publication date: 2023-04-11
Anticipated expiration: 2042-10-27
Also published as: CN115712240A

Abstract

本发明实施例中提供了一种大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方法、设备及介质，属于计算技术领域，具体包括：利用大扇面角模型进行弹道解算，得到偏航角数值和偏航角速率；实时计算扇面角数值和扇面角速率；在扇面角数值逐渐收敛至0过程中，若满足第一切换条件，则进行下一步骤，若否，则返回步骤1；大扇面角发射阶段结束，进入大落角控制阶段，利用大落角模型进行弹道解算；利用大落角模型控制落角逐渐收敛至期望落角，在大落角控制过程中，若满足第二切换条件，则返回步骤1，若否，则返回步骤4，重复该步骤直至达到弹道解算结束条件。通过本发明的方案，增大了投放包络，提高了战场适应性和空地武器作战性能。

Description

大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方法、设备及介质

技术领域

本发明实施例涉及计算技术领域，尤其涉及一种大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方法、设备及介质。

背景技术

目前，随着现代化空地作战对抗强度的日益增加，战机对大展弦比空地武器投放与使用提出了更高的要求，大展弦比空地武器朝着具有更大的发射扇面角及大落角方向发展，因此在弹道建模仿真与控制系统设计阶段需要对大扇面角发射与大落角攻击进行准确的建模描述，然而目前的弹道建模方法因欧拉角带来的奇异性问题，无法同时进行大扇面角发射和大落角攻击建模与控制。

可见，亟需一种大投放包络、强战场适应性，可提升空地武器作战性能的大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方法、设备及介质，至少部分解决现有技术中存在投放包络小、战场适应性弱以及提升空地武器作战性能能力较差的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种可同时进行大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方法，包括：

步骤1，当以大扇面角模式进行空地武器大扇面角发射阶段时，利用大扇面角模型进行弹道解算，得到偏航角数值和偏航角速率；

步骤2，利用大扇面角模型对大扇面角进行控制，使扇面角数值逐渐收敛至0过程中，实时计算扇面角数值和扇面角速率；

步骤3，在扇面角数值逐渐收敛至0过程中，若偏航角数值、偏航角速率、扇面角数值和扇面角速率满足第一切换条件，则进行下一步骤，若否，则返回步骤1，其中，第一切换条件为扇面角数值小于扇面角阈值

、偏航角数值小于偏航角阈值

、扇面角速率小于扇面角速率阈值

且偏航角速率小于偏航角速率阈值

；

步骤4，大扇面角发射阶段结束，进入大落角控制阶段，利用大落角模型进行弹道解算；

步骤5，利用大落角模型下控制落角逐渐收敛至期望落角，在大落角控制阶段过程中，若偏航角数值、偏航角速率、扇面角数值和扇面角速率满足第二切换条件，则返回步骤1，若否，则返回步骤4，重复该步骤直至达到弹道解算结束条件，其中，第二切换条件为扇面角数值大于

、偏航角数值大于

、扇面角速率大于

且偏航角速率大于

。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述步骤1具体包括：

步骤1.1，已知空地武器的质量

、转动惯量

及相关状态初值得到实时飞行的气动力矢量

、气动力矩矢量

，建立空地武器质心平动动力学方程、绕质心转动的动力学方程和质心的运动学方程矢量模型如下，从而解算方程获得空地武器的速度矢量

、角速度矢量

、弹目矢径

；

；

步骤1.2，利用弹体系到地面系偏航-俯仰-滚转的欧拉角转序建立空地武器绕质心转动的第一运动学模型并据此得到空地武器的俯仰角速率

、偏航角速率

、滚转角速率

、俯仰角

、偏航角数值

、滚转角

，其中

为空地武器角速度矢量

在弹体系下的三分量，第一运动学模型如下:

。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述步骤1还包括：

用

分别表示空地武器的合速度与合速度在地面系的三分量，合成弹道倾角

与合成弹道偏角

计算如下：

合成攻角

与合成侧滑角

计算如下：

。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述步骤2具体包括：

根据弹道解算所得空地武器相对目标在发射系的相对位置

计算扇面角数值

和扇面角速率

：

其中，

分别为此次解算所得扇面角数值和上一次解算所得扇面角数值。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述步骤4具体包括：

步骤4.1，利用地面系到发射系俯仰-偏航-滚转的欧拉角转序建立空地武器绕质心转动的第二运动学模型如下：

；

步骤4.2，合成弹道倾角与合成弹道偏角计算如下：

步骤4.3，合成攻角与合成侧滑角计算如下：

。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括：

至少一个处理器；以及，

与该至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

该存储器存储有可被该至少一个处理器执行的指令，该指令被该至少一个处理器执行，以使该至少一个处理器能够执行前述第一方面或第一方面的任一实现方式中的大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方法。

第三方面，本发明实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行前述第一方面或第一方面的任一实现方式中的大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算程序，该计算机程序包括程序指令，当该程序指令被计算机执行时，使该计算机执行前述第一方面或第一方面的任一实现方式中的大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方法。

本发明实施例中的大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方案，包括：步骤1，当以大扇面角模式进行空地武器大扇面角发射阶段时，利用大扇面角模型进行弹道解算，得到偏航角数值和偏航角速率；步骤2，利用大扇面角模型对大扇面角进行控制，使扇面角数值逐渐收敛至0过程中，实时计算扇面角数值和扇面角速率；步骤3，在扇面角数值逐渐收敛至0过程中，若偏航角数值、偏航角速率、扇面角数值和扇面角速率满足第一切换条件，则进行下一步骤，若否，则返回步骤1，其中，第一切换条件为扇面角数值小于

、偏航角数值小于

、扇面角速率小于

且偏航角速率小于

；步骤4，大扇面角发射阶段结束，进入大落角控制阶段，利用大落角模型进行弹道解算；步骤5，利用大落角模型下控制落角逐渐收敛至期望落角，在大落角控制阶段过程中，若偏航角数值、偏航角速率、扇面角数值和扇面角速率满足第二切换条件，则返回步骤1，若否，则返回步骤4，重复该步骤直至达到弹道解算结束条件，其中，第二切换条件为扇面角数值大于

、偏航角数值大于

、扇面角速率大于

且偏航角速率大于

。

本发明实施例的有益效果为：通过本发明的方案，根据大扇面角发射与大落角攻击阶段的不同，在弹道初期采用大扇面角模型，在弹道末端采用大落角模型，并设计了一种建模切换策略作为大扇面角发射阶段与大落角攻击阶段的建模切换判定依据，以解决同时进行大扇面角发射和大落角攻击的弹道建模问题，增大了投放包络，提高了战场适应性和空地武器作战性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的电子设备示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

本发明实施例提供一种大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方法，所述方法可以应用于弹道规划场景中。

参见图1，为本发明实施例提供的一种大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方法的流程示意图。如图1和图2所示，所述方法主要包括以下步骤：

进一步的，所述步骤1具体包括：

步骤1.1，已知空地武器的

、转动惯量

及相关状态初值得到实时飞行的气动力矢量

、气动力矩矢量

、角速度矢量

、弹目矢径

；

；

、偏航角速率

、滚转角速率

、俯仰角

、偏航角数值

、滚转角

，其中

为空地武器角速度矢量

在弹体系下的三分量，第一运动学模型如下:

。

可选的，所述步骤1还包括：

用

与合成弹道偏角

计算如下：

合成攻角

与合成侧滑角

计算如下：

。

具体实施时，可以使用大扇面角发射模式进行空地武器发射，在大扇面角发射阶段先使用如下大扇面角模型进行弹道解算：

用

分别表示空地武器的质量、转动惯量，速度矢量、角速度矢量、气动力矢量、气动力矩矢量、弹目矢径，则空地武器质心运动动力学方程、绕质心转动的动力学方程、质心的运动学方程矢量模型如下：

用

分别表示空地武器的俯仰角速率、偏航角速率、滚转角速率、弹体系相对地面系的转动角速度在弹体系下的分量，然后根据计算得到的偏航角速率进行积分即可得到偏航角数值，其中利用弹体系到地面系“偏航-俯仰-滚转”的欧拉角转序进行空地武器绕质心转动的运动学建模如下，

用

与合成弹道偏角

计算如下：

合成攻角

与合成侧滑角

计算如下：

。

在上述实施例的基础上，所述步骤2具体包括：

根据弹道解算所得空地武器相对目标在发射系的相对位置

计算扇面角数值

和扇面角速率

：

其中，

分别为此次解算所得扇面角数值和上一次解算所得扇面角数值。具体实施时，可以根据弹道解算所得空地武器相对目标在发射系的相对位置

，可得扇面角

和扇面角速率的计算如下，其中

分别为此次解算所得扇面角和上一次解算所得扇面角：

在大扇面角发射模型下进行大扇面角控制，使扇面角不断向0收敛，在此模型下，可有效避免因欧拉角带来的扇面角描述奇异点，使最大发射扇面角可达180°。

、偏航角数值小于偏航角阈值

、扇面角速率小于扇面角速率阈值

且偏航角速率小于偏航角速率阈值

；

具体实施时，在通过上述步骤得到偏航角数值、偏航角速率、扇面角数值和扇面角速率后，可以以偏航角数值、偏航角速率、扇面角数值和扇面角速率的大小作为模型的切换条件，然后将计算得到的偏航角数值、偏航角速率、扇面角数值和扇面角速率与第一切换条件进行比对，从而确定下一步操作流程，例如，可以设定第一切换条件为扇面角数值小于

、偏航角数值小于

、扇面角速率小于

且偏航角速率小于

，当偏航角数值、偏航角速率、扇面角数值和扇面角速率满足第一切换条件时，则表示扇面角控制收敛已经符合要求，则可以进行下一步骤，若偏航角数值、偏航角速率、扇面角数值和扇面角速率的任一条件不满足第一切换条件，则重新返回步骤1进行扇面角的控制收敛。

在上述实施例的基础上，所述步骤4具体包括：

；

步骤4.2，合成弹道倾角与合成弹道偏角计算如下：

步骤4.3，合成攻角与合成侧滑角计算如下：

。

具体实施时，当扇面角已经收敛到符合要求时，则可以进入大落角控制阶段，并利用大落角模型进行弹道解算，在大落角攻击模型下进行落角控制，在此模型下，可避免因欧拉角带来的落角描述奇异点，使最大落角控制可达90°，空地武器质心运动动力学方程、绕质心转动的动力学方程、质心的运动学方程矢量模型如下：

利用地面系到发射系“俯仰-偏航-滚转”的欧拉角转序进行空地武器绕质心转动的运动学建模如下：

合成弹道倾角与合成弹道偏角计算如下：

合成攻角与合成侧滑角计算如下：

。

步骤5，利用大落角模型下控制落角逐渐收敛至期望落角，在大落角控制阶段过程中，若偏航角数值、偏航角速率、扇面角数值和扇面角速率满足第二切换条件，则返回步骤,1，若否，则返回步骤4，重复该步骤直至达到弹道解算结束条件，其中，第二切换条件为扇面角数值大于

、偏航角数值大于

、扇面角速率大于

且偏航角速率大于

。

具体实施时，通过步骤4计算的参数实时控制落角，同时，可以在此阶段继续计算偏航角数值、偏航角速率、扇面角数值和扇面角速率，并设定第二切换条件为扇面角数值大于

、偏航角数值大于

、扇面角速率大于

且偏航角速率大于

，当偏航角数值、偏航角速率、扇面角数值和扇面角速率满足第二切换条件时，则表达弹道不符合预期要求，则需要重新返回步骤1，切换到大扇面角模型对扇面角进行控制调整，然后再重新进行落角控制调整，直到偏航角数值、偏航角速率、扇面角数值和扇面角速率不满足第二切换条件时，则不需要切换模型，继续采用大落角模型控制弹体的落角逐渐收敛至期望落角，直至达到弹道解算结束条件。例如，所述弹道解算结束条件可以设定为弹体高度低于目标高度，在进行落角控制的过程的同时也实时采集弹体的高度，当检测到弹体高度低于目标高度时，则结束弹道解算。

本实施例提供的大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方法，通过根据大扇面角发射与大落角攻击阶段的不同，在弹道初期采用大扇面角模型，在弹道末端采用大落角模型，并设计了一种建模切换策略作为大扇面角发射阶段与大落角攻击阶段的建模切换判定依据，以解决同时进行大扇面角发射和大落角攻击的弹道建模问题，增大了投放包络，提高了战场适应性和空地武器作战性能。

参见图3，本发明实施例还提供了一种电子设备30，该电子设备包括：至少一个处理器以及与该至少一个处理器通信连接的存储器。其中，该存储器存储有可被该至少一个处理器执行的指令，该指令被该至少一个处理器执行，以使该至少一个处理器能够执行前述方法实施例中的大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方法。

本发明实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行前述方法实施例中的大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方法。

本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算程序，该计算机程序包括程序指令，当该程序指令被计算机执行时，使该计算机执行前述方法实施例中的大扇面角发射和大落角攻击的弹道控制方法。

下面参考图3，其示出了适于用来实现本发明实施例的电子设备30的结构示意图。本发明实施例中的电子设备可以包括但不限于诸如移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA（个人数字助理）、PAD（平板电脑）、PMP（便携式多媒体播放器）、车载终端（例如车载导航终端）等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。图3示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图3所示，电子设备30可以包括处理装置（例如中央处理器、图形处理器等）301，其可以根据存储在只读存储器（ROM）302中的程序或者从存储装置308加载到随机访问存储器（RAM）303中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 303中，还存储有电子设备30操作所需的各种程序和数据。处理装置301、ROM 302以及RAM 303通过总线304彼此相连。输入/输出（I/O）接口305也连接至总线304。

通常，以下装置可以连接至I/O接口305：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、图像传感器、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置306；包括例如液晶显示器（LCD）、扬声器、振动器等的输出装置307；包括例如磁带、硬盘等的存储装置308；以及通信装置309。通信装置309可以允许电子设备30与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图中示出了具有各种装置的电子设备30，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。

特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置309从网络上被下载和安装，或者从存储装置308被安装，或者从ROM302被安装。在该计算机程序被处理装置301执行时，执行本发明实施例的方法中限定的上述功能。

需要说明的是，本发明上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器（CD-ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF（射频）等等，或者上述的任意合适的组合。

上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。

上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备可以执行上述方法实施例的相关步骤。

或者，上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备可以执行上述方法实施例的相关步骤。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本发明实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。